探究饲料中添加有机稀土 对秦川牛瘤胃体外发酵特性的影响

张建华1 李文浩2

        摘 要： 为探究饲料中添加有机稀土对秦川牛体外发酵特性的影响，试验选用 3 只安装永久性瘤胃瘘管的健康秦川牛( 体质量为( 489± 80) kg) 作为瘤胃供体动物，通过瘤胃体外培养技术，采用单因素试验设计，有机稀土添加水平分别设为 0、200、400、600、800、1 000 和 1 200 mg / kg，主要测定指标包括瘤胃体外发酵 24 h 总产气量、干物质消化率( IVDMD) 、菌体蛋白( MCP) 、氨氮( NH3－N) 和 pH 等参数。研究结果显示，体外培养 24 h 后，添加有机稀土组与对照组的 IVDMD 和产气量差异均不显著( P＞ 0. 05) ; 与对照组相比，添加有机稀土组的 NH3－N 含量有先升高后下降的趋势，其中 400 mg / kg 组的 NH3－N 含量最高，显著高于对照组( P＜0. 05) ; 而 MCP 产量除 1 200 mg / kg 组外，均较对照组有所提高，其中 800 和 1 000 mg / kg 组的MCP 产量较对照组分别显著提高 21. 05%和 21. 90%( P＜0. 05) ; 600 和 800 mg / kg 组的 pH 均达到最高，且显著高于对照组( P＜0. 05) 。综上可得，饲料中添加适量的有机稀土在一定程度上对秦川牛有机物的降解有促进作用，能提高微生物利用 NH3－N 合成 MCP 的能力，但过高的稀土添加水平会出现抑制 MCP 合成的现象。

        关键词： 有机稀土; 秦川牛; 瘤胃发酵; 发酵参数

        中图分类号: S 823. 8+ 1         文献标志码: A         文章编号: 1002－2813 ( 2017) 21－0032－04

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收稿日期: 2017－07－11
基金项目: 甘肃省草地农业机械重点实验室专项基金( 1309-ＲTSA037)
第一作者: 张建华，硕士，研究方向为动物营养。
通信作者: 李文洁，博士，研究方向为动物遗传育种。

        稀土( ＲE) ，曾称稀土金属，是元素周期表第Ⅲ族副族元素钪、钇和镧系元素共 17 种化学元素的合称。我国稀土资源丰富，储量占世界储量的 76%。随着稀土研究的深入，稀土资源开始在各行业广泛应用［1］。国内外大量研究表明，动物日粮中添加一定剂量的稀土，可激活动物机体的生长因子，提高酶活性，增强机体免疫力，从而达到提高饲料利用率、促进生长和改善畜禽产品品质的效果［2］。不仅如此，日粮中添加稀土元素能提高奶牛、猪、鸡的生产性能，对动物的饲料转化率、动物生长日增质量及体内消化代谢均有一定的促进作用［3］。有机稀土将会成为动物营养和饲料科学中极具开发潜力的促生长添加剂［4］。研究旨在通过体外培养技术，初步探究饲料中添加有机稀土对秦川牛体外发酵特性的影响，通过测定相关指标，为其在调控反刍动物瘤胃发酵及在饲料生产中的应用提供理论基础。

1. 1 试验材料

        稀世宝
        白色或淡黄色流动性粉末，有机稀土含量≥99%，其中 ＲE≥36%。

1. 2 试验动物及日粮
        试验选用 3 只体质量为( 489±80) kg、安装有永反刍动物营养饲料研究 FEED ＲESEAＲCH NO．21，2017 33久性瘤胃瘘管的健康秦川牛( 甘肃安贝源乳业有限公司提供) 为试验动物，饲养管理模式一致( 统一驱虫，单圈饲养，粗料为作物秸秆，精料以玉米和豆柏为主，每日 2 次等量饲喂，自由饮水，用于采集瘤胃液) 。基础日粮组成及营养水平见表 1。

注: 每千克预混料含维生素 A 50、维生素 D3 8 及维生素 E 20 万 IU，盐酸 80 g，Fe 10. 00、Mn 8. 00、Zn 6. 00、Se 0. 02、I 0. 10 及 Co 0. 02 g。

1. 3 人工瘤胃培养系统
        采用注射器式培养系统［5］进行瘤胃体外发酵培养。模拟人工瘤胃的体外产气管为 100 mL 玻璃注射器，其前端套有硅胶软管，便于止水夹夹紧，以防产气时气体泄露。

1. 4 瘤胃液采集
        晨饲前，利用长臂手套，通过瘤胃瘘管分别于瘤胃上、下、前、后 4 个部位采集等量瘤胃液，混合均匀。将采集好的瘤胃液迅速灌入经预热达 39℃的灭菌清洁烧杯中，并置于 39 ℃ 蒸馏水的保温瓶中，灌满保温瓶，盖好盖子后迅速返回实验室， 经 4 层纱布过滤后持续通入气体 5 min，然后迅速分装至已预热好并装有培养底物( 基础日粮 0. 5 g)和人工培养液( 40 mL) 的培养瓶内，每个培养瓶加20 mL 瘤胃液。接通培养瓶和注射器，打开振荡开关，开始培养。

1. 5 试验设计
        试验采用单因素试验设计，有机稀土在基础日粮中的添加水平见表 2。

注: 稀世宝为白色或淡黄色粉末，粒度＜ 90 目，有机稀土( ＲE C6O7H8 . 3H2O) ≥99%，其中稀土元素( 以 ＲE 计) ≥36%，镉 ＜ 0. 000 1%，铅 ＜0. 002%，砷＜0. 000 5%。

1. 6 试验方法

        1. 6. 1 人工唾液的配置

        参照 Menke 和 Steingass 等［5］ 体外瘤胃发酵技术，0. 1 mL 微量元素溶液( A) + 208. 1 mL 缓冲液( B) +205. 1 mL 常量元素溶液( C) +1. 0 mL 刃天青溶液( D) +520. 2 mL 蒸馏水，通入 CO2 气体达到饱和状态，温度在 39 ℃ 后维持稳定，加 62. 4 mL 还原液( E，现用现配) ，继续通入 CO2，直至溶液由淡蓝色转变为无色。

        1. 6. 2 样品预处理

        培养 24 h 后，立即测定培养液 pH，然后将培养物用纱布过滤，滤液－20 ℃ 冷冻保存，用于瘤胃发酵参数氨氮( NH3 －N) 和微生物蛋白( MCP) 的测定。滤渣无损移入尼龙袋中，置于 65 ℃ 烘箱中烘干，以测定干物质含量，进而计算体外干物质降解率( IVDMD) 。

        1. 6. 3 测定项目及方法

        1. 6. 4 数据统计与分析
        试验数据先用 Excel 软件进行初步处理，统计分析采用 SPSS 20. 0 统计软件进行单因素方差分析，结合 Duncan 氏法进行多重比较，数据结果用平均数±标准差表示。

2 结果与分析
        表 4 不同添加水平的有机稀土对秦川牛体外发酵特性的影响添加水平( 干物质) / ( mg·kg－1 ) 产气量/mL 体外干物质降解率/% pH 氨氮/( mg·dL－1 ) 微生物蛋白/( mg·mL－1 ) 0 73. 22 ±1. 02 51. 61 ±0. 38b 6. 68 ±0. 01ab 16. 01 ±0. 85ab 31. 16 ±0. 85ab200 69. 05 ±2. 86 50. 28 ±0. 60a 6. 71 ±0. 00b 18. 14 ±0. 23bc 32. 66 ±0. 50ab400 66. 60 ±7. 25 51. 20 ±0. 17ab 6. 70 ±0. 01ab 18. 44 ±0. 10c 34. 07 ±0. 58bc600 72. 63 ±0. 52 51. 67 ±0. 22b 6. 76 ±0. 01c 15. 41 ±0. 79a 32. 87 ±0. 90ab800 68. 90 ±1. 12 51. 24 ±0. 13ab 6. 76 ±0. 01c 14. 99 ±1. 04a 37. 72 ±0. 97c1 000 68. 42 ±0. 43 51. 17 ±0. 30ab 6. 68 ±0. 02a 14. 86 ±1. 26a 37. 99 ±1. 11c1 200 63. 08 ±1. 98 51. 08 ±0. 52ab 6. 67 ±0. 00a 15. 08 ±0.34a 29. 43 ±2. 92a 注: 同列数据肩标不同字母表示差异显著( P＜0. 05) ，肩标相同字母或无肩标表示差异不显著( P＞0. 05) 。不同添加水平的有机稀土对秦川牛体外发酵特性的影响结果见表 4。从表 4 可见，体外发酵 24 h后，有机稀土添加组与对照组的产气量差异不显著( P＞0. 05) ，添加组产气量与对照组相比均出现一定程度的下降，随着添加水平的增加，出现先降低后增加再降低的现象，其中 600 mg / kg 组的产气量在添加组中最高，400 和 1 200 mg / kg 组的产气量偏低; 除 200 mg / kg 组外，其他有机稀土添加组与对照组秦川牛的 IVDMD 差异不显著( P＞0. 05) ，试验条件下，200 mg / kg 组秦川牛的 IVDMD 最低，600mg / kg 组秦川牛的 IVDMD 最佳，并且在添加 600mg / kg 后，其 IVDMD 随着添加浓度的增加呈现下降趋势; 有机稀土添加组中，600 和 800 mg / kg 2 组 的 pH 均显著高于对照组( P＜0. 05) ，其余添加组与对照组 相 比 差 异 均 不 显 著 ( P＞ 0. 05) ，除 1 200mg / kg组低于对照组外，其余各组 pH 均有小幅度增加; 有机稀土添加组的 NH3 －N 产量有先升高后下降的趋势，其中 400 mg / kg 组的 NH3－N 显著高于对照组 ( P＜ 0. 05) ，随后 600、800、1 000 和 1 200mg / kg 组的 NH3 －N 产量较对照组分别降低 3. 74%、6. 37%、7. 18%和 5. 81%( P＞0. 05) ; 有机稀土添加组的 MCP 产量除 1 200 mg / kg 组外，均较对照组有所提高，其中 800 和 1 000 mg / kg 组的 MCP 产量较对照组分别显著提高 21. 05%和 21. 90%( P＜0. 05) ， 而 1 200 mg / kg 组的 MCP 产量最低，比对照组降低5. 55%( P＞0. 05) 。

注: 同列数据肩标不同字母表示差异显著( P＜0. 05) ，肩标相同字母或无肩标表示差异不显著( P＞0. 05) 。

3 讨论

3. 1 不同添加水平的有机稀土对秦川牛体外产气量与干物质消化率之间的影响
        Menke 和 Steingass［5］通过试验证实，饲料样品在体外发酵 24 h 后的产气量与瘤胃内有机物的消化率呈显著的正相关。试验中，添加组产气量与对照组相比均出现一定程度的下降，其干物质消化率也出现与之相关的趋势，有机稀土 600 mg / kg 添加组在各添加组中的产气量最高，与之对应的干物质消化率也最高，说明适当添加有机稀土在一定程度上能够促进有机物的降解。有研究报道［8］，稀土元素浓度的大小直接影响其对酶的作用，即当稀土元素浓度较低时会激活酶的活性，而当稀土元素浓度较高时，会抑制酶的活性。而试验结果显示，有机稀土 1 200 mg / kg 添加组的产气量在各添加组中最低，这意味着高水平的有机稀土可抑制有机物的降解，与稀土元素浓度过高抑制酶的活性有关。而曹永范等［9］相似的研究也表明，低浓度的稀土离子能够激活纤维素酶的活性，而高浓度的稀土元素则会抑制酶的活性，从而也证实了这点。

3. 2 不同添加水平的有机稀土对秦川牛体外发酵pH 的影响
        瘤胃液 pH 是一项反映瘤胃发酵状况的综合指标，可综合反映瘤胃内环境的变化，pH 过高或过低都会影响瘤胃微生物的发酵。望丕县等［10］报道，瘤纤维分解菌分解纤维素的最适 pH 为 6. 2 ～ 7. 0，当瘤胃 pH 低于 6. 2 时，纤维分解菌的生长会受到抑制［11］，微生物蛋白合成效率下降。试 验 发 现，各组 pH 均保持在 6. 67 ～ 6. 76，适合纤维降解菌的生长，没有对瘤胃内环境造成不良影响。

3. 3 不同添加水平的有机稀土对秦川牛体外发酵氨氮和微生物蛋白产量的影响
        NH3－N 是瘤胃内含氮物质分解的终产物，瘤胃内的微生物对 NH3 －N 的需求是需要一个适宜浓度的，NH3－N 过高或过低均不利于瘤胃微生物的生长。Preston 等［12］提出微生物对 NH3 －N 浓度的耐受范围为 6 ～ 30 mg /100 mL，Orskov 等［13］认为 NH3 －N作为瘤胃微生物的氮源，其浓度的大小对微生物的生长有明显影响，且瘤胃微生物生长的最佳 NH3－N 浓度为 6. 3 ～ 27. 5 mg / dL。由 此 可 知，试 验 中 的NH3－N 均处于最佳范围内。在体外发酵 24 h 后，400 mg / kg 组的 NH3 －N 产量显著高于对照组( P＜0. 05) ，600、800、1 000 和 1 200 mg / kg 组的 NH3－N产量较对照组均降低。而有机稀土添加组的 MCP 产量除 1 200 mg / kg 组外，均较对照组有所提高，其中800 和 1 000 mg / kg 组的 MCP 产量较对照组分别显著提高 21. 05%和 21. 90%( P＜0. 05) 。说明添加适量的有机稀土能够促进微生物对 NH3－N 的利用，合成更多的 MCP。相关研究报道，添加硝酸稀土混合物后，MCP 产量极显著增加 34. 30%［14］，进一步证实瘤胃中添加有机稀土能促进瘤胃 MCP 的合成。

4 结论
        试验通过瘤胃体外培养技术，采用单因素试验设计，在饲料中添加适量的有机稀土，发现其在一定程度上对秦川牛瘤胃中有机物的降解有促进作
用，能提高微生物利用 NH3 －N 合成 MCP 的能力，但过高的稀土添加水平会出现抑制 MCP 合成的现象。在试验条件下最后得出，秦川牛饲料中添加有机稀土的最佳范围为 800 ～ 1 000 mg / kg。

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